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1、 題目：廢紙打包機(jī)設(shè)計(jì)—廢紙打包機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 　　　　　　　　 摘 要 打包是一種以運(yùn)輸與儲(chǔ)存為主要目的的壓縮性工業(yè)包裝。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的深人發(fā)展, 對(duì)廢紙的儲(chǔ)存、運(yùn)輸、包裝物耗的研究及廢紙打包的經(jīng)濟(jì)性越來(lái)越受到人們的重視。 廢紙打包機(jī)是廢紙回收利用中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，對(duì)廢紙等易壓縮的可再生資源的利用具有非常重要的意義。 本文主要是對(duì)廢紙打包機(jī)液壓系統(tǒng)部分進(jìn)行初步研究，針對(duì)目前液壓系統(tǒng)中，泵絕大多數(shù)是由電機(jī)拖動(dòng)，電機(jī)在供電工頻條件下按額定轉(zhuǎn)速

2、運(yùn)行，執(zhí)行元件所需的流量，靠改變泵的排量來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種方式盡管避免了溢流損失，但存在著很多缺點(diǎn)，例如對(duì)液壓元件特別是變量泵的制造精度要求高、制造成本高，同時(shí)系統(tǒng)相對(duì)故障率也較高。隨著微電子技術(shù)和功率電子器件的發(fā)展，異步電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)愈加受到人們的重視。將變頻調(diào)速技術(shù)引入液壓系統(tǒng)中，通過(guò)改變異步電機(jī)的電源頻率和電壓來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而滿(mǎn)足執(zhí)行元件速度的要求，起到了很好的節(jié)能作用。 關(guān)鍵詞：廢紙打包機(jī)，液壓系統(tǒng)，變頻調(diào)速，節(jié)能 ABSTRACT Packing is a compression of

3、 industrial packaging for the main purpose of transport and storage. With the progress of science and technology and the deeply development of market economy, researches on waste storage, transport, packaging materials and economics of waste paper packing were received increasing attention. Paper

4、balers was an important part in waste paper recycling. It was of great significance to the use of easy compression of renewable resources such as waste paper. This paper is a preliminary study for the hydraulic system of waste paper balers. At present, the vast majority of pump was dragged by motor

5、 in the hydraulic system. In the frequency power supply conditions, motor ran by rated speed. Flow requirement of implementation components was achieved by changing the pump’s displacement. Although this approach avoided the run-off losses, it also had many shortcomings such as the high-precision ma

6、nufacturing of components of the hydraulic pump in particular variable pump, the high costs of manufacturing and the higher system relatively failure rate. With the development of the micro-electronic technology and power electronic devices. Induction motor frequency control technology response eve

7、n more attention , because of its simple structure, sturdiness and durability, and good dynamic. That technology would be used in frequency control hydraulic system, by changing the induction motor frequency and voltage of the power to regulate motor speed ,which meet the requirements of the speed o

8、f the implementation of components. It has played a good role in energy efficiency. Key words: Waste Paper Balers, Hydraulic System, Variable Frequency Speed Control, Energy Saving 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 緒論 1 1.1 廢紙打包機(jī)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 1 1.2 課題的研究意義和價(jià)值 1 1.3 課題研究?jī)?nèi)容 2 第二章 總體方案 3 2.1廢紙打包機(jī)簡(jiǎn)

9、介 3 2.2廢紙打包機(jī)結(jié)構(gòu)形式 3 2.3廢紙打包機(jī)傳動(dòng)方式 3 2.4廢紙打包機(jī)控制方式 4 2.5 廢紙打包機(jī)上料方式 5 第三章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 3.1 液壓缸設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)步驟 6 3.2 液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題 6 3.3 主液壓缸設(shè)計(jì) 7 3.3.1缸筒與活塞桿 7 3.3.2活塞組件的設(shè)計(jì) 8 3.3.3密封裝置 10 3.3.4缸體的連接方式 13 3.4標(biāo)準(zhǔn)液壓油缸和馬達(dá)的選用 15 3.4.1剪切油缸 15 3.4.2穿絲油缸 16 3.4.3葉片馬達(dá) 16 3.4.4夾緊油缸 17 3.5液壓系統(tǒng)控制回路圖 17 3.6液壓元件

10、設(shè)計(jì)與選擇 18 3.6.1液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī) 18 3.6.2液壓控制閥和液壓輔助元件 19 3.7 恒壓控制 26 3.8 油箱的設(shè)計(jì) 28 3.8.1油箱的概念 28 3.8.2油箱的選用 28 3.8.3油箱吊環(huán)的設(shè)計(jì) 29 第四章 總結(jié) 30 參考文獻(xiàn) 31 致 謝 32 31 第一章 緒論 1.1 廢紙打包機(jī)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 近年來(lái),隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國(guó)造紙工業(yè)持續(xù)高速發(fā)展, 2004 年我國(guó)紙及紙板生產(chǎn)企業(yè)約有3500家,紙及紙板生產(chǎn)量4950萬(wàn)t,消費(fèi)量5439萬(wàn)t,人均年消費(fèi)量為42kg,產(chǎn)量和消費(fèi)量分別占世界總量的10%和14%

11、,僅次于美國(guó)。造紙工業(yè)的發(fā)展不僅滿(mǎn)足了人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)和文化生活需要,而且也是我國(guó)進(jìn)出口貿(mào)易的重要組成部分。但是,在造紙工業(yè)發(fā)展的同時(shí)也消耗了大量的能源,引發(fā)了一系列的環(huán)境問(wèn)題,資源日益短缺與環(huán)境日趨惡化已成為制約我國(guó)造紙工業(yè)發(fā)展的重要因素。廢紙(waste paper ,WP,也稱(chēng)二次纖維) 是一種十分重要的可回用資源,對(duì)其充分利用,不僅可以節(jié)約大量植物纖維原料、能源和降低成本,還可以減少固體廢物的排放,保護(hù)環(huán)境,既有良好的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)又有很好的社會(huì)效益和環(huán)境效益,是造紙工業(yè)實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容[1]。 廢紙打包機(jī)是廢紙回收利用中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)廢紙等易壓縮性的可再生資源的利用

12、具有重要意義。同時(shí)，我國(guó)的廢紙回收利用率較低，有待進(jìn)一步提高，這也說(shuō)明廢紙打包機(jī)的應(yīng)用是十分必要的，也是需要進(jìn)一步的推廣和研究。 在七十年代中期, 液壓打包機(jī)開(kāi)始批量生產(chǎn)并投入使用。八十年代, 大噸位的液壓打包機(jī)也投產(chǎn)使用, 我國(guó)廢紙加工工藝和技術(shù)產(chǎn)生了新的飛躍, 廢紙的包裝質(zhì)量得到全面提高。經(jīng)實(shí)踐證明,液壓打包機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊, 操作靈活, 自動(dòng)化程度高使用壽命長(zhǎng), 壓力噸位大, 廢紙密度大大提高, 節(jié)約了包裝物料, 減少了車(chē)輛運(yùn)輸?shù)奶潎? 經(jīng)濟(jì)效益是可觀(guān)的。但液壓打包機(jī)存在著液壓件質(zhì)量低劣的問(wèn)題, 同時(shí)對(duì)維修保養(yǎng)及操作者技術(shù)素質(zhì)要求較高[2]。 我國(guó)廢紙打包機(jī)制造技術(shù)相對(duì)于世界先進(jìn)水平還是有

13、一定的差距。目前廢紙打包機(jī)的生產(chǎn)廠(chǎng)商有：江蘇省南通棉花機(jī)械有限公司，建華環(huán)保機(jī)械制造有限公司，東莞市永茂機(jī)械制造有限公司等。 1.2 課題的研究意義和價(jià)值 1．廢紙回收緩解造紙工業(yè)原料供應(yīng)不足 日本的造紙?jiān)?0% 是廢紙，其回收率達(dá)到72%[3]。中國(guó)紙業(yè)正經(jīng)歷一個(gè)需求量高速增長(zhǎng)的時(shí)期，要減少對(duì)進(jìn)口原料的依賴(lài)，必須努力提高國(guó)內(nèi)木漿產(chǎn)量以及廢紙回收量和利用率。 2．有利于建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì) 利用廢紙生產(chǎn)各種紙和紙板，可減少砍伐森林和廢紙垃圾。廢紙制漿的能耗、水耗、化學(xué)品消耗和廢水污染負(fù)荷，也遠(yuǎn)低于原生纖維制漿，這是一項(xiàng)有利于節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的綠色工程。 3．體現(xiàn)了現(xiàn)代

14、紙業(yè)具備實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)良功能 廢紙回收加工，以再生資源替代原生資源（木材、竹子、稻草、麥秸、蘆葦?shù)龋谏a(chǎn)過(guò)程中循環(huán)使用，制成廢紙漿，作為再生資源生產(chǎn)不同檔次、不同品種的紙和紙板。由于廢紙已經(jīng)過(guò)蒸煮、洗選漂等工序處理，雜質(zhì)含量少，污染程度輕，形成了低消耗、低廢棄、低污染的節(jié)約型、環(huán)保型生產(chǎn)方式[4]。 1.3 課題研究?jī)?nèi)容 廢紙?jiān)偕梅蠂?guó)家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，回收廢紙既可以節(jié)約資源又可以保護(hù)環(huán)境，然而，廢紙?bào)w積蓬松，廢品收購(gòu)站如果不經(jīng)處理直接運(yùn)輸，轉(zhuǎn)運(yùn)成本太高，不利于廢紙的再生利用。研究一種壓縮包裝設(shè)備，將松散紙張壓時(shí)，以便提高運(yùn)輸效率。本子課題主要設(shè)計(jì)為壓縮廢紙?zhí)峁﹦?dòng)力的液壓泵站

15、，以及打包機(jī)的液壓系統(tǒng)控制回路，研究應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)降低打包機(jī)液壓系統(tǒng)能耗的方法。  第二章 總體方案 2.1廢紙打包機(jī)簡(jiǎn)介 廢紙打包機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品（機(jī)電一體化系統(tǒng)由五個(gè)子系統(tǒng)組成即機(jī)械系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、傳感檢測(cè)系統(tǒng)、執(zhí)行元件系統(tǒng)）主要由機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、上料系統(tǒng)與動(dòng)力系統(tǒng)等組成。整個(gè)打包過(guò)程由壓包、回程、提箱、落箱、脫箱下行、脫箱上行、轉(zhuǎn)箱、出包上行、出包下行、接包、穿絲搭扣等輔助時(shí)間組成[5]。 2.2廢紙打包機(jī)結(jié)構(gòu)形式 目前市場(chǎng)上廢紙打包機(jī)主要分為臥式與立式兩種，立式打包機(jī)它的體積較小，因而打包尺寸也小，而且效率不高。而臥式打包機(jī)相對(duì)于立式打包機(jī)體積龐大，

16、但是它的壓縮力也較立式打包機(jī)大，打包的尺寸相對(duì)也較大，出包的效率較高，而且容易自動(dòng)化運(yùn)作，因而本次設(shè)計(jì)的廢紙打包機(jī)采用臥式的形式。 臥式廢紙打包機(jī)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，能夠提高打包的總效率,節(jié)約打包的人工費(fèi)用。綜合以上幾點(diǎn)，首選臥式廢紙打包機(jī)。 2.3廢紙打包機(jī)傳動(dòng)方式 廢紙打包機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)現(xiàn)有三種方式：電機(jī)傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)。由于氣壓傳動(dòng)有它的局限性，它的工作壓力較小，并不適合高壓環(huán)境下的運(yùn)作。而廢紙打包要求在高壓的環(huán)境下工作，所以不能作為廢紙打包機(jī)的動(dòng)力源。與電機(jī)傳動(dòng)相比，液壓傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕,可以完成復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng),便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,無(wú)慣性、反應(yīng)靈敏等優(yōu)點(diǎn)。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的設(shè)

17、備龐大, 安全性要求高, 而且往往工作于環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。液壓傳動(dòng)方式可以方便實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行自動(dòng)化。同時(shí),液壓傳動(dòng)也具有一些難以克服的缺點(diǎn):無(wú)法完全避免的泄漏以及液體的可壓縮性, 不能完全保證壓縮比和傳動(dòng)比;不能作長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng);對(duì)油溫和負(fù)載變化敏感,不能在低溫和高溫下工作;液壓系統(tǒng)元件制造精度要求高,造價(jià)高;故障不易發(fā)現(xiàn)和排除[6]。綜合上述，選擇液壓驅(qū)動(dòng)比較合理。 2.4廢紙打包機(jī)控制方式 電氣控制技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求迅速地發(fā)展的繼電接觸器控制和PLC控制以及單片機(jī)控制就是其中重要的三種電氣控制技術(shù)。 1、 電器接觸器控制系統(tǒng) 圖 2-1繼電接觸器控制

18、系統(tǒng) 圖2-1是一個(gè)簡(jiǎn)單的繼電接觸器控制系統(tǒng)，它是由接觸器、繼電器、按鈕等電器元件用導(dǎo)線(xiàn)按一定的方式連接而成的控制線(xiàn)路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止等功能。通過(guò)更多的接觸器、繼電器、按鈕、行程開(kāi)關(guān)的連接組合，還可完成電力拖動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)、調(diào)速、換向等控制功能，滿(mǎn)足電氣設(shè)備的運(yùn)行需要。其優(yōu)缺點(diǎn)如下：（1）電氣控制回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)容易；（2）價(jià)格低廉、經(jīng)濟(jì)性好；（3）可靠性差；（4）接線(xiàn)固定，靈活性差；（5）專(zhuān)用系統(tǒng)通用性差。 2、 PLC控制系統(tǒng) 圖2-2PLC控制系統(tǒng) 圖2-2是PLC控制系統(tǒng)復(fù)雜運(yùn)行程序的其中一部分。它其實(shí)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電接觸器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，同時(shí)PLC的輸

19、入、輸出仍與低壓電器密切相關(guān)，PLC控制技術(shù)是隨著簡(jiǎn)單的控制設(shè)備到復(fù)雜的控制系統(tǒng),從有觸點(diǎn)的硬接線(xiàn)控制系統(tǒng)到以計(jì)算機(jī)為中心的存儲(chǔ)控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)。PLC控制綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、電子技術(shù)，精密測(cè)量等許多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成果。具有如下優(yōu)缺點(diǎn)：(1)可靠性高、擾能力強(qiáng)；(2)適用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活；(3)編程方便，易于應(yīng)用；(4)功能強(qiáng)大、擴(kuò)展能力；(5)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便；6)維修方便、作量少；(7)PLC體積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化；(8)價(jià)格高昂限制了PLC的一定發(fā)展；(9)應(yīng)用PLC控制技術(shù)需要一定的電氣專(zhuān)業(yè)知識(shí)和計(jì)算機(jī)知識(shí)，PLC控制技術(shù)還需要一定的突破[7]。

20、3、單片機(jī)控制系統(tǒng) 單片機(jī)實(shí)際上是把CPU、RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、I/O接口電路等微型機(jī)的主要部件集成在一塊芯片上，因此稱(chēng)作位單片微型機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)。 (1)因?yàn)轶w積小而且廉價(jià),所以單片機(jī)方案適合大批量重復(fù)生產(chǎn)的民用消費(fèi)品,特別是儀器儀表以及小型控制系統(tǒng)。 (2)PLC比單片機(jī)更適合于工作母機(jī)控制和工業(yè)過(guò)程控制。 (3)對(duì)于單項(xiàng)工程或者重復(fù)數(shù)極少的項(xiàng)目采用PLC方案是明智、快捷的途徑,成功率高、可靠性好,但成本較高。 (4)對(duì)于量大的配套項(xiàng)目,采用單片機(jī)系統(tǒng)具有成本低、效益高的優(yōu)點(diǎn),但這要有相當(dāng)?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)才能使系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。 本課題研究的廢紙打包機(jī)，其工

21、作環(huán)境差，而安全性、可靠性要求又很高、系統(tǒng)工藝復(fù)雜、輸入輸出點(diǎn)數(shù)多，用常規(guī)繼電器系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)，工藝流程又要經(jīng)常變動(dòng)的機(jī)械和現(xiàn)場(chǎng)，PLC的接線(xiàn)只需將輸入信號(hào)的設(shè)備(按鈕、開(kāi)關(guān))等與PLC輸入端子連接，將接受輸出信號(hào)執(zhí)行控制任務(wù)的執(zhí)行元件與PLC輸出端子相連接。接線(xiàn)簡(jiǎn)單，省去了傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)接線(xiàn)拆線(xiàn)的麻煩，減少了工作量。同時(shí)，由于PLC編程簡(jiǎn)單，使用方便，使生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化程度大大提高。而且PLC通用性強(qiáng)、靈活性好、接線(xiàn)簡(jiǎn)單、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) ?；谏鲜銮闆r首選PLC控制。 2.5 廢紙打包機(jī)上料方式 在廢紙打包機(jī)中，上料系統(tǒng)是不可缺少的部分，上料形式主要有傳送帶上料，這里將變頻器引入

22、上料調(diào)速系統(tǒng)中，這樣可以提高系統(tǒng)的可靠性，改善了起動(dòng)及加減速控制的性能指標(biāo)，顯著節(jié)約電能。廢紙打包機(jī)上料主要過(guò)程是，把各種廢紙送入料車(chē)，經(jīng)過(guò)、加速、勻速、減速、到達(dá)停車(chē)。課題主要考慮設(shè)計(jì)為打包機(jī)傳送廢紙的上料系統(tǒng)，設(shè)計(jì)上料系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖，控制電路圖，并能適應(yīng)打包機(jī)生產(chǎn)節(jié)拍的調(diào)整與控制，完成廢紙均勻上料。  第三章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 液壓缸設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)步驟 液壓缸是液壓傳動(dòng)的執(zhí)行元件，它和主機(jī)工作機(jī)構(gòu)直接相關(guān)，根據(jù)機(jī)械設(shè)備及其工作機(jī)構(gòu)的不同，液壓缸具有不同的用途和工作要求，因此在進(jìn)行液壓缸設(shè)計(jì)之前，必須對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，選定系統(tǒng)的工作壓力。液壓缸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和步驟如

23、下： 1） 選擇液壓缸的類(lèi)型和各部分結(jié)構(gòu)形式。 2） 確定液壓缸的工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸。 3） 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的計(jì)算和校核。 4） 導(dǎo)向、密封、防塵、等裝置的設(shè)計(jì)。 5） 繪制裝配圖、部件圖。 3.2 液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題 液壓缸在使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到液壓缸安裝不當(dāng)、活塞桿承受偏載、液壓缸或活塞下垂以及活塞桿的壓桿失穩(wěn)等問(wèn)題，在液壓缸設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意一下幾點(diǎn)，以減少使用中故障的發(fā)生，提高液壓缸的性能。 1） 盡量使液壓缸的活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，或在受壓狀態(tài)下具有良好的穩(wěn)定性。 2） 正確確定液壓缸的安裝、固定方式。如承受彎曲的活塞桿不能用螺紋連接，要用止口連接；液

24、壓缸不能在兩端用鍵或銷(xiāo)定位，只能在一段定位，為了不阻礙它在受熱時(shí)的膨脹；如沖擊載荷使活塞桿壓縮，定位件須設(shè)置在活塞桿端，如沖擊載荷使活塞桿拉伸，定位件則應(yīng)設(shè)置在缸蓋端。 3） 液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)需根據(jù)推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡可能做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、加工、裝配、和維修方便。 4） 在保證能滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)行程和負(fù)載力的條件下，應(yīng)盡可能地縮小液壓缸的輪廓尺寸。 要保證密封可靠，防塵良好。 3.3 主液壓缸設(shè)計(jì) 3.3.1缸筒與活塞桿 液壓缸常用的缸筒結(jié)構(gòu)有八大類(lèi)，通常根據(jù)缸筒與端蓋的連接形式選用，而連接形式又取決于額定壓力、用途和使用環(huán)境等因素。本次設(shè)計(jì)采用法蘭連接。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較

25、簡(jiǎn)單；易于加工，易裝卸。缺點(diǎn)：重量比螺紋連接的大，但比拉桿連接的?。煌鈴捷^大。 此次設(shè)計(jì)的缸，缸體為鋼管，端部焊法蘭。 1、缸筒內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定 液壓缸的工作負(fù)載是指工作機(jī)構(gòu)在滿(mǎn)載情況下，以一定加速度啟動(dòng)時(shí)對(duì)液壓缸產(chǎn)生的總阻力，一般的廢止打包機(jī)的公稱(chēng)力為1000KN，液壓缸的推力應(yīng)等于或大于其工作時(shí)的力。 根據(jù)廢止打包機(jī)的壓縮力需求，預(yù)設(shè)液壓缸的設(shè)計(jì)壓力=20Mpa，由已知的廢紙打包機(jī)的公稱(chēng)壓力1000KN計(jì)算。公式如下： （3-1） 由式（3-1）得到：D=0.25235m ，按GB/T 2348-1993 取標(biāo)準(zhǔn)值D=0.

26、25m 活塞桿外徑d=0.7D=0.18m（推薦） 2、液壓缸結(jié)構(gòu)的計(jì)算與校核 對(duì)于液壓缸的鋼筒壁厚活塞桿直徑d和缸蓋固定螺栓的直徑，在高壓系統(tǒng)中必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。 1）液壓缸壁厚的計(jì)算 已知，P=20MPa D=0.25m 無(wú)縫鋼管許用應(yīng)力=（100110）MPa 取=100MPa 圖3-1 缸筒應(yīng)力分析圖 X方向：= =PD/() 100MPa Y方向：= =PLD/2L100MPa 可見(jiàn)Y方向受到的力是X方向上的兩倍，因此只要考慮Y方向上是否滿(mǎn)足要求即可。 通過(guò)計(jì)算得出：26.25mm 因此取壁厚為30m

27、m 當(dāng)0.30.08時(shí)，可用實(shí)用公式 （3-2） 式中，為缸筒內(nèi)最高工作壓力，為缸筒材料許用應(yīng)力 經(jīng)計(jì)算滿(mǎn)足要求。 2）活塞桿直徑比較大，力學(xué)性能能很好的滿(mǎn)足要求，所以本節(jié)就不再計(jì)算。 3）缸蓋固定螺栓的選用與校核 根據(jù)缸蓋與缸體的大致比例選用六角頭螺栓GB/T 5783-2000 M20125。 缸蓋固定螺栓的校核： （3-3） 式中：F為液壓缸負(fù)載； K：螺紋擰緊系數(shù)，k=1.121.5； Z：固定螺栓個(gè)數(shù)； ：螺栓材料許用應(yīng)力，這里取600MPa 經(jīng)計(jì)算得到

28、18.57mm，所取用的直徑為20mm符合要求。 3.3.2活塞組件的設(shè)計(jì) 活塞組件主要包括活塞、活塞桿、連接件等零件?；钊M件在高壓油的作用下相對(duì)于缸筒和導(dǎo)向套做往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，它與缸筒之間的配合間隙應(yīng)適當(dāng)，不能過(guò)緊也不能過(guò)松。過(guò)緊會(huì)降低機(jī)械效率，過(guò)松會(huì)降低容積效率?；钊M件必須具備較高的強(qiáng)度和耐磨性?；钊话阌媚湍サ蔫T鐵制造，比如HT200300、球墨鑄鐵、優(yōu)質(zhì)碳素鋼等，有時(shí)也采用鋁合金作為活塞的材料，活塞通常有整體式和組合式兩種。而活塞桿大多數(shù)用鋼料制造，比如45鋼等，一般要求調(diào)質(zhì)處理，有時(shí)為了提高耐磨性和防銹能力，需要在桿外圓表面鍍鉻并進(jìn)行拋光或磨削加工。 活塞與活塞桿的連接方式有

29、多種，有整體式連接，這種連接方式的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但是損壞后需要整體更換。有卡環(huán)式連接，這種連接方式的特點(diǎn)是裝拆方便，低速時(shí)使用較多。用螺紋連接，螺紋連接的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便可靠，缺點(diǎn)是活塞桿上車(chē)螺紋，其強(qiáng)度削弱，因此，采用兩個(gè)鎖緊螺母進(jìn)行鎖緊。如圖所示： 圖3-2 活塞桿與活塞的連接 1）導(dǎo)向套 活塞桿導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對(duì)活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向，內(nèi)部裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封。外側(cè)裝有防塵圈。當(dāng)導(dǎo)向套采用非耐磨材料時(shí)，其內(nèi)圈還可裝設(shè)導(dǎo)向環(huán)，用作活塞桿的導(dǎo)向。導(dǎo)向套的典型結(jié)構(gòu)型式有軸套式和端蓋式兩種。端蓋式直接導(dǎo)向套材料用灰鑄鐵、球墨鑄鐵、氧化鑄鐵等制

30、作。本次設(shè)計(jì)中選用的就是灰鑄鐵。導(dǎo)向套內(nèi)孔與活塞桿外圓的配合多為H8/f7H9/f9.外圓與內(nèi)孔的同軸度公差不大于0.03mm，圓度和圓柱度公差不大于直徑公差的一半，內(nèi)孔中的環(huán)形油槽和直油槽要淺而寬，以保證良好的潤(rùn)滑。 2）防塵圈 安裝在前端缸蓋內(nèi)，以防止活塞桿在后退時(shí)把雜質(zhì)、灰塵及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置，根據(jù)要求選用的A型防塵圈，直徑范圍在6390mm，工作范圍-30110C,材料為丁腈橡膠，在外表面上具有梳子形截面的密封表面，保證了它在溝槽中的可靠定位。具體如圖3-3所示： 圖3-3 防塵圈的安裝 3.3.3密封裝置 密封是保證液壓系統(tǒng)正常工作的最基本也是最重

31、要的裝置。密封裝置主要用來(lái)防止液體的泄漏。良好的密封裝置是液壓系統(tǒng)能夠傳遞動(dòng)力、正常工作的保證。如果密封不好，將會(huì)造成系統(tǒng)和元件的泄漏加大，使系統(tǒng)壓力和容積效率降低，浪費(fèi)能量，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。對(duì)于液壓系統(tǒng)，密封不良導(dǎo)致油液外泄污染環(huán)境，因此正確地使用密封裝置是非常重要的。 根據(jù)兩個(gè)需要密封的耦合面間有無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可把密封分為動(dòng)密封和靜密封兩大類(lèi)。設(shè)計(jì)或選用密封裝置的基本要求是具有良好的密封性能，并隨壓力的增加能自動(dòng)提高密封性，摩擦阻力要小，抗腐蝕，耐磨，壽命長(zhǎng)，制造簡(jiǎn)單，拆裝方便。 對(duì)密封裝置的要求： 1）具有良好的密封件，即有適宜的彈性，能補(bǔ)償所密封表面在制造上的誤差與工

32、作中的磨損，并隨壓力的增大自動(dòng)地提高密封程度。 2）具有良好的安定性，即油液浸泡對(duì)其形狀尺寸的變化影響要小，溫度對(duì)其彈性和硬度的變化影響也要小。 3）摩擦力小，運(yùn)動(dòng)靈活，工作壽命長(zhǎng)。 4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用、維修簡(jiǎn)便。 密封件的材料： 常用的液壓系統(tǒng)密封材料有以下幾種： 1）丁腈橡膠。這是一種最常用的耐油橡膠，具有良好的彈性和耐磨性，工作溫度一般為-20100，有一定的強(qiáng)度，摩擦系數(shù)較大。 2）聚氨酯。它的耐油性能比丁腈橡膠好，既具有高強(qiáng)度又具有高彈性。拉斷強(qiáng)度比一般橡膠高。它有很好的耐磨性，目前被廣泛用作動(dòng)密封的密封材料，適應(yīng)溫度范圍為-3090. 常見(jiàn)的密封方法： 1）

33、間隙密封是一種常用的密封方法，它依靠相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件配合面間的微小間隙來(lái)防止泄漏。由圓環(huán)縫隙流量公式可知泄漏量與間隙的三次方成正比，因此可用減小間隙的辦法來(lái)減小泄漏。一般間隙為0.010.05mm，這就要求配合面加工有很高的精度。 2）密封圈密封 密封圈密封是液壓系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一種密封。密封圈有O形、V形、Y形及組合式等幾種，其材料為耐油橡膠、尼龍等。 密封件的類(lèi)型： O形密封圈 O形密封圈的截面是圓形，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，截面尺寸小，密封性能好，摩擦系數(shù)小，容易制造等特點(diǎn)，主要用于靜密封和滑動(dòng)密封（轉(zhuǎn)動(dòng)密封用得較少）。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，摩擦力較其他密封圈小，安裝方便，價(jià)格便宜，可在-4012

34、0C.溫度范圍內(nèi)工作。但與Y形密封圈相比，其壽命較短，密封裝置機(jī)械部分的精度要求高，啟動(dòng)阻力較大。O形圈的使用速度范圍為0.0050.3m/s。 表3-1 標(biāo)準(zhǔn)O型圈 根據(jù)要求，從表3-1中選用w=7mm的O形密封圈，其溝槽寬度是密封圈截面直徑的1.31.5倍。取用溝槽寬度=10mm。 O形圈裝入密封槽后，其截面受到壓縮后變形。在無(wú)壓力時(shí)，靠O形圈的彈性對(duì)接觸面產(chǎn)生預(yù)接觸壓力，實(shí)現(xiàn)初始密封；當(dāng)密封腔充入壓力工作介質(zhì)后，在壓力的作用下，O形圈擠向溝槽一側(cè)，密封面上的接觸壓力上升，提高了密封效果。因?yàn)榇颂幩惺艿妮d荷是靜載荷所以沒(méi)有增加擋圈。所處的位置在連接塊和端蓋之間。如圖3-4所示：

35、 圖3-4 連接塊和缸蓋之間的密封形式 任何形狀的密封圈在安裝時(shí)，必須保證適當(dāng)?shù)念A(yù)壓縮量，過(guò)小不能密封，過(guò)大則摩擦力增大，且易于損壞。因此，安裝密封圈的溝槽尺寸和表面精度必須按有關(guān)手冊(cè)給出的數(shù)據(jù)嚴(yán)格保證。在動(dòng)密封中，當(dāng)壓力大于10MPa時(shí)，O形圈就會(huì)被擠入間隙中而損壞，為此需要在O形圈低壓側(cè)設(shè)置聚四氟乙烯或尼龍制成的擋圈，其厚度為1.252.5mm。雙向受高壓時(shí)，兩側(cè)都要加擋圈。 此處用于活塞與活塞桿之間的密封，用兩個(gè)O形密封圈來(lái)密封。形狀如下圖3-5： （a）

36、 （b） 圖3-5 活塞與活塞桿之間的密封形式 格萊圈 格萊圈截面形狀改善了泄漏控制且具有更好的抗擠出性。摩擦力小，無(wú)爬行，啟動(dòng)力小以及耐磨性好，其密封部位在活塞、活塞桿，密封功能為雙作用，在本次設(shè)計(jì)中裝在活塞上。直徑范圍82500mm，工作壓力范圍80MPa 溫度在-54200，速度2m/s。具體安裝如圖3-6： 圖3-6 格萊圈的安裝尺寸 Y形密封圈 Y形密封圈的截面為Y形，屬唇形密封圈。它是一種密封性、穩(wěn)定性和耐壓性較好、摩擦

37、阻力小、壽命較長(zhǎng)的密封圈，故應(yīng)用普遍。Y形密封圈主要用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封，如液壓缸活塞桿和活塞處的動(dòng)密封。根據(jù)活塞桿的直徑選用Y形密封圈的尺寸為18020016mm 圖3-7 Y形密封圈的安裝 3.3.4缸體的連接方式 1、端蓋與法蘭的連接 兩頭端蓋與法蘭都采用螺栓連接 選用螺紋規(guī)格M20、公稱(chēng)長(zhǎng)度l =125mm 性能等級(jí)為4.6級(jí)、不經(jīng)表面處理、C級(jí)的六角頭螺栓：螺栓 GB5780—86 M20125，如圖3-8所示： 圖3-8 六角頭螺栓 由GB5780—86得： B=20mm l=1

38、25mm s=29.5mm k=12.5mm e=33.52mm 螺母選用C級(jí)1型六角螺母，螺紋規(guī)格為M20。其外形如圖3-9： 圖3-9 螺母尺寸圖 由GB/T 6172.1-2000 得： e =32.95mm s =29.16mm m =17mm 性能等級(jí)（鋼）：4.5mm 表面處理：不經(jīng)處理 鍍鋅鈍化 墊圈選用規(guī)格20mm、材料為65Mn、表面氧化的標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈，其標(biāo)記為：GB/T 93 2

39、0。 2、連接塊與端蓋的連接 采用螺釘連接 選用螺紋規(guī)格d=M20、公稱(chēng)長(zhǎng)度l =42mm 性能等級(jí)為4.6級(jí) 不經(jīng)表面處理、C級(jí)的內(nèi)六角頭螺栓：螺釘 GB/T70.1—2000 如圖3-10所示： 圖3-10 內(nèi)六角頭螺釘 由GB/T70.1—2000 得： k=10mm b=37mm l=42mm e=9.15mm s=8mm 3、方形法蘭塊與缸體的連接 液壓缸的其中一個(gè)油口處在缸體上，采用螺釘連接。大致位置如圖： 圖3-11 方形法蘭連接圖 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[8]第五版P21-298頁(yè) 選用的尺寸如下： 缸徑D=250mm E

40、E=44mm EA=82mm ED=12mm 3.4標(biāo)準(zhǔn)液壓油缸和馬達(dá)的選用 3.4.1剪切油缸 剪切油缸的設(shè)計(jì) 根據(jù)要求選用標(biāo)準(zhǔn)單活塞桿SD基本型如圖3-12： 其行程設(shè)定為30mm，時(shí)間t=1s 缸徑50mm,活塞桿直徑22mm 推力在7MPa的情況下，13.72KN 拉力在7MPa的情況下，10.92KN 根據(jù)公式q= （3-4） 計(jì)算出它的流量q=3.5325L/min 圖3-12 剪絲油缸外觀(guān)圖 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[8]得： M=M201.5 A=30mm

41、 C=22mm L=220mm B=50mm 3.4.2穿絲油缸 穿絲油缸的設(shè)計(jì) 根據(jù)要求也選用標(biāo)準(zhǔn)單活塞桿SD基本型如圖3-13： 其行程設(shè)定為1500mm， 時(shí)間t=10s 缸徑80mm, 活塞桿直徑35mm 推力在7MPa的情況下，35.14KN 拉力在7MPa的情況下，28.21KN 根據(jù)公式（3-4）計(jì)算出它的流量q=45.216 L/min 圖3-13 穿絲油缸外觀(guān)圖 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[8] 得： M=M301.5 A=45mm C=35mm L=1450mm 3.4.3葉片馬達(dá) 馬達(dá)的設(shè)計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)：YM-A28B

42、額定壓力：6.3MPa 額定轉(zhuǎn)速：500r/min 排量：24.5ml/r 輸出轉(zhuǎn)矩：16.1Nm 有q=nv （3-5） 式中n為額定轉(zhuǎn)速，v為額定排量 計(jì)算得q=12.25 L/min 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[8]選用馬達(dá)如圖3-14所示： 圖3-14 YM-A28B馬達(dá) 3.4.4夾緊油缸 夾緊油缸的設(shè)計(jì) 外觀(guān)如圖所示： 圖3-15 夾緊油缸外觀(guān)圖

43、 其中：A=480mm B=350mm C=260mm D=125mm 流量q=60L/min 3.5液壓系統(tǒng)控制回路圖 廢紙打包機(jī)液壓系統(tǒng)由兩個(gè)電機(jī)提供動(dòng)力，有四個(gè)液壓油缸和一個(gè)馬達(dá)組成。分別為主液壓油缸、夾緊油缸、穿絲油缸、剪切油缸和絞絲用葉片馬達(dá)。工作性質(zhì)不同，其動(dòng)作順序有嚴(yán)格的要求。首先，PLC發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)給電機(jī)M2，帶動(dòng)齒輪泵運(yùn)轉(zhuǎn)，液壓油經(jīng)過(guò)濾器、齒輪泵進(jìn)入電液換向閥左腔，給夾緊油缸供油使夾緊缸到達(dá)預(yù)設(shè)的位置后保壓。等廢紙?jiān)诹舷渲卸逊e到一定程度，PLC接收到傳感器的信號(hào)開(kāi)始啟動(dòng)主電機(jī)M1，主電機(jī)帶動(dòng)主泵工作，液壓油經(jīng)過(guò)濾器、柱塞泵進(jìn)入電液換向閥左腔，液壓油打到主缸的無(wú)

44、桿腔，使活塞桿前進(jìn)，到達(dá)指定的位置，PLC接收到行程開(kāi)關(guān)發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)后停止向前，保持一段時(shí)間后，電磁換向閥右腔工作，使主油缸有桿腔工作，活塞桿后退。主油缸連續(xù)運(yùn)作直到包長(zhǎng)到達(dá)要求的長(zhǎng)度，主油缸停止工作，穿絲油缸開(kāi)始工作，從齒輪泵出來(lái)的液壓油經(jīng)電磁換向閥的左腔進(jìn)入到穿絲油缸的左腔，進(jìn)行穿絲。穿絲到位后啟動(dòng)絞絲葉片泵進(jìn)行絞絲，當(dāng)達(dá)到要求的圈數(shù)以后，絞絲馬達(dá)停止工作，剪切油缸開(kāi)始運(yùn)作，剪切完成后，打包工作就此完成。 主泵和副泵出口處要安裝溢流閥，主要使被控制系統(tǒng)或回路的壓力維持恒定，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、調(diào)壓或限壓作用。 在泵的出口通常安裝單向閥，可防止系統(tǒng)壓力沖擊對(duì)泵的影響，另外泵不工作時(shí)可防止系統(tǒng)油液

45、經(jīng)泵倒流入某些元件，例如流入過(guò)濾器，有可能會(huì)損壞過(guò)濾器。 根據(jù)要求設(shè)計(jì)的液壓回路如圖3-16所示： 圖3-16 液壓系統(tǒng)控制回路圖 3.6液壓元件設(shè)計(jì)與選擇 3.6.1液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī) 對(duì)于主油缸，其有效面積A= （3-6） 式中已知D=250mm，求得A=0.049 =F/A （3-7） 已知F=1000kN和式（3-6）求得=20.408Pa，液壓缸在整個(gè)工作過(guò)程中最大工作壓力，考慮到本系統(tǒng)油路較為簡(jiǎn)單，故取主壓力油路中的總壓力損失=0.3MPa，則液壓泵的最大

46、工作壓力P=+=20.708MPa。 然后確定液壓泵的流量：液壓泵的最大供油量，按液壓缸的最大輸入流量進(jìn)行估算。 ==0.000613281/s=36.79686 L/min 其中 v=s/t s=1.5m t=2min 由上式取泄漏系數(shù)K=1.1,則=1.1=40.4765 L/min 最后確定液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的規(guī)格：根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[8]，選用規(guī)格相近的型號(hào)為A2F28的斜軸式軸向定量柱塞泵，其額定壓力為35MPa，排量為28.1ml/r,額定轉(zhuǎn)速為1500r/min,額定工況下能保證的輸出流量為42.15 L/min。 取電機(jī)的總效率為 = /

47、 （3-8） 由已知求得=15.88kw 因此，選用主電機(jī)的型號(hào)：查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[9]，選用規(guī)格Y2系列普通三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)Y2-180M-4,其額定功率18.5kW，額定電流36.5A，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1470r/min,效率90.5%。 除了主缸要求在高壓環(huán)境下工作，其他幾個(gè)缸和馬達(dá)都是低壓環(huán)境下運(yùn)作，所以輔泵采用的是低壓較大流量的齒輪泵供油。除主缸以外的有夾緊油缸，穿絲油缸，絞絲油缸和馬達(dá)都是單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)，沒(méi)有同時(shí)工作的，所以選用的齒輪泵的流量只要大于其中最大一個(gè)的流量就可以，其中最大的流量就是夾緊油缸的流量，其值為60L/m

48、in，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[8]，選用型號(hào)：CB-50（48） 其排量48.7ml/r，額定壓力10MPa，額定轉(zhuǎn)速1450r/min，容積效率大于90%，驅(qū)動(dòng)功率13.5KW。齒輪泵上的電機(jī)計(jì)算同上，得電機(jī)的功率為16.11 kW，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[9]，也選用規(guī)格Y2系列普通三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)Y2-180M-4,其額定功率18.5kW，額定電流36.5A，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1470r/min,效率90.5%。同理冷卻用油泵選用型號(hào)為CB-32，排量為32.5 ml/r，額定壓力10MPa， 轉(zhuǎn)速為1450 r/min，其電機(jī)型號(hào)選用Y2-132S-4,其額定功率為5.5kW，額定電流11.8A，轉(zhuǎn)速

49、為1440r/min,效率為85%。 3.6.2液壓控制閥和液壓輔助元件 1、電液控制換向閥 電液換向閥由電磁換向閥和液動(dòng)換向閥組合而成。其中，液動(dòng)換向閥實(shí)現(xiàn)主油路的換向，稱(chēng)為主閥；電磁換向閥用于改變液動(dòng)換向閥的控制油路的方向，推動(dòng)液動(dòng)換向閥閥芯移動(dòng)，稱(chēng)為先導(dǎo)閥。由于推動(dòng)主閥芯的液壓推力可以很大，所以主閥芯的尺寸可以做得很大，允許大流量通過(guò)。這樣，用較小的電磁鐵就能控制較大的流量。 通過(guò)流量的計(jì)算，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[8]選用下列三位四通電液換向閥，其型號(hào)為：4WEH16 其通徑為16cm，額定壓力21MPa，最高壓力28MPa，通過(guò)流量300L/min。具體如圖3-17所示： 圖

50、 3-17 4WEH1電液換向閥 穿絲油缸，剪絲油缸，夾緊油缸中經(jīng)過(guò)的流量都不超過(guò)60 L/min，所以選用普通型DSG-01-3C電磁換向閥，其最大流量63L/min就能滿(mǎn)足要求。其最高使用壓力31.5MPa。具體如圖3-18： 圖3-18 DSG-01-3C三位四通電磁換向閥 對(duì)于絞絲油缸，只要求它的轉(zhuǎn)與停，不需要進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，所以選用DSG-01-3C二位四通電磁換向閥，其最大流量為63L/min，能滿(mǎn)足要求。如圖3-19所示： 圖3-19 DSG-01-3C二位四通電磁換向閥 2、溢流閥 Y2型溢流閥采用平衡錐閥式結(jié)構(gòu)，它具有體積小、重量輕結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、

51、性能穩(wěn)定、維修方便和高壓低噪音等特點(diǎn)，器作用主要是防止系統(tǒng)過(guò)載，保持泵和油路系統(tǒng)的安全及保持油路系統(tǒng)的壓力恒定。 選用型號(hào)：Y2-H20B 公稱(chēng)壓力31.5MPa，調(diào)壓范圍425MPa 通徑20mm，額定流量100L/min。 圖3-20溢流閥外觀(guān)圖 3、單向閥的選用 液控單向閥是允許油液向一個(gè)方向流動(dòng)，反向開(kāi)啟必須通過(guò)液壓控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的單向閥。 本次設(shè)計(jì)采用液控單向閥，其反向永不開(kāi)啟，保證單向一直進(jìn)行。下圖是選用的液控單向閥外觀(guān)連接尺寸： 圖3-21 單向閥外觀(guān)圖 表3-2 單向閥規(guī)格 查表3-2 取用型號(hào)：RVP25，具體尺寸如上表所示。 P=79.5mm

52、 T=15mm H=60mm J=120mm K=165mm L=169mm M=76mm N=100mm F=55mm 4、過(guò)濾器 過(guò)濾器的功用是清除油液中的各種雜質(zhì)，以免其劃傷、磨損、甚至卡死有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件，或堵塞零件上的小孔及縫隙，影響系統(tǒng)的正常工作，降低液壓元件的壽命，甚至造成液壓系統(tǒng)的故障。用過(guò)濾器對(duì)油液進(jìn)行過(guò)濾是十分重要的。 選用過(guò)濾器時(shí)主要考慮以下幾個(gè)方面的要求： 1)過(guò)濾精度是首先考慮的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，它直接關(guān)系到液壓系統(tǒng)中油液的清潔度等級(jí)。過(guò)濾器按過(guò)濾精度可以分為粗過(guò)濾器、普通過(guò)濾器、精過(guò)濾器和特精過(guò)濾器四種，它們分別能慮去公稱(chēng)尺寸為100m以上、1010

53、0m、510m和5m以下的雜質(zhì)顆粒。 2)其次，要確保所選用的過(guò)濾器過(guò)濾能力，且壓力損失要小。過(guò)濾能力是指在一定壓力降下允許通過(guò)過(guò)濾器的最大流量，又可稱(chēng)為通流能力。一般用過(guò)濾器的有效過(guò)濾面試來(lái)表示。 3)一般情況下，過(guò)濾器的通流能力應(yīng)大于實(shí)際通過(guò)流量的兩倍以上。工作壓力及允許的壓力差應(yīng)滿(mǎn)足液壓系統(tǒng)要求。 4)過(guò)濾器應(yīng)有一定得機(jī)械強(qiáng)度，不能因液壓力的作用而破壞。 5)濾芯對(duì)液壓系統(tǒng)所用介質(zhì)的抗腐蝕性好，并能在規(guī)定的溫度下和使用壽命內(nèi)正常工作。 6)濾芯要易于清洗，更換，拆裝和維護(hù)。 本次設(shè)計(jì)是在液壓泵的吸油管路上安裝一個(gè)吸油過(guò)濾器，這種安裝方式主要用來(lái)保護(hù)泵不致吸入較大的機(jī)械雜質(zhì)，一

54、般都采用過(guò)濾精度較低的粗過(guò)濾器或普通精度過(guò)濾器。因?yàn)楸脧挠拖湮停瑸榱瞬挥绊懕玫奈托阅?，吸油阻力?yīng)盡可能小，否則將造成液壓泵吸油不暢或出現(xiàn)空穴現(xiàn)象并產(chǎn)生強(qiáng)烈噪聲。這時(shí)過(guò)濾器的通油能力應(yīng)大于液壓泵流量的兩倍以上，壓力損失不得超過(guò)0.010.035MPa。必要時(shí)，泵的吸入口應(yīng)置于油箱液面以下。根據(jù)流量大小，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[8]，選用21FH2200箱上吸油過(guò)濾器具體的型號(hào)為21FH2200-22，其通徑為38mm，流量為100L/min，過(guò)濾精度80m，原始?jí)毫p失0.02MPa。外觀(guān)如圖3-22： 圖3-22 21FH2200-22過(guò)濾器 5、冷卻器 1）冷卻器的功用 冷卻器的用

55、途是當(dāng)液壓系統(tǒng)工作時(shí)，因液壓泵、液壓馬達(dá)等的溶劑損失和機(jī)械損失，控制元件及管路的壓力損失和液體摩擦損失等消耗的能量，幾乎全部轉(zhuǎn)化為熱量。大部分熱量使油液及元件的溫度升高。如果油溫過(guò)高，油液黏度下降、元件內(nèi)泄漏增加、磨損加快、密封老化等，將嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的正常工作。一般液壓介質(zhì)正常使用溫度范圍為1565。 在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，考慮油箱的散熱面積是一種控制油溫過(guò)高的有效措施。但是，某些液壓裝置由于受結(jié)構(gòu)限制，油箱不能很大；一些液壓系統(tǒng)全天工作，有些重要的液壓裝置還要求能自動(dòng)控制油液溫度。所以必須采用冷卻器來(lái)強(qiáng)制冷卻控制油液的溫度，使之適合系統(tǒng)工作的要求。 2 ）冷卻器的選用 冷卻器根據(jù)介質(zhì)的

56、不同分為水冷和風(fēng)冷兩種。 水冷式冷卻器分為蛇形管、多管式和板式等形式。本次設(shè)計(jì)中采用水冷多管式冷卻器，工作時(shí)冷卻水從管內(nèi)流過(guò)，高溫油從列管間流過(guò)，中間折板使油折流，并采用雙程或四程流動(dòng)方式，強(qiáng)化冷卻效果。其散熱效果好，散熱系數(shù)可達(dá)350580w/()。為了增加油液在管件的流動(dòng)速度，提高油的傳熱效率，使油液得到充分的冷卻，還設(shè)置了適當(dāng)數(shù)量的擋板，擋板與銅管垂直安裝。這種冷卻器由于采用強(qiáng)制對(duì)流的方式，散熱效率較高、結(jié)構(gòu)緊湊，因此應(yīng)用較普遍。 根據(jù)實(shí)際情況，采用獨(dú)立冷卻回路。采用單獨(dú)的油泵將熱工作介質(zhì)通入冷卻器，冷卻器不受液壓沖擊的影響，供冷卻用的液壓泵吸油管應(yīng)靠近主回路的回油管或溢流閥

57、的泄油管。如示意圖3-23： 圖3-23 冷卻回路圖 3）冷卻器的計(jì)算 冷卻器的計(jì)算主要是根據(jù)熱交換量確定需要的散熱面積和冷卻水量。 冷卻器散熱面積的確定應(yīng)根據(jù)發(fā)熱功率來(lái)計(jì)算。冷卻器必需的散熱面積 A= （3-9） 式中，P為發(fā)熱功率，h為冷卻器的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，推薦值：列管式水冷卻h=116W/() = （3-10） 式中，為液壓油進(jìn)口溫度；為液壓油出口溫度；為冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度；為冷卻介質(zhì)出口溫度。 由式（3-10）得==55 把帶入（3-9）計(jì)算德到 A2.3 取A=2.1 為了

58、很好的滿(mǎn)足要求，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[8]，所選的型號(hào)A2.1F臥式浮頭式冷卻器 具體選用型號(hào)為A2.1F型臥式浮頭式冷卻器。簡(jiǎn)圖如下： 圖3-24 A2.1F臥式浮頭式冷卻器外觀(guān) 6、壓力變送器 壓力變送器是把氣體或液體的壓力轉(zhuǎn)換為可使用的電信號(hào)的器件，由壓力變送器傳送過(guò)來(lái)的電信號(hào)輸入到變頻器中，采用變頻調(diào)速的方式起到節(jié)能的作用。 預(yù)選的液壓回路中最大壓力不超過(guò)21MPa，根據(jù)查閱的資料，選用型號(hào)為MC20w壓力變送器能很好的滿(mǎn)足要求，其量程：035MPa；工作電壓：DC24V；輸出信號(hào)：420mA。 型號(hào)尺寸如下圖所示：

59、 圖3-25 MC20w壓力變送器 3.7 恒壓控制 根據(jù)流體力學(xué)原理，在管徑一定的條件下，管道流量Q 與油泵轉(zhuǎn)速n 成正比；揚(yáng)程H 與轉(zhuǎn)速平方(n2)成正比，而電機(jī)軸功率P 與轉(zhuǎn)速的三次方(n3)成正比．可見(jiàn)當(dāng)流量?jī)H下降到80%時(shí)需要的功率P1將下降到額定功率的50%(0.83≈0.5)左右，當(dāng)流量下降到50%時(shí)需要的功率P2 僅為額定功率的13%．圖3-26 是油泵特性曲線(xiàn)．若要求恒壓于HA，當(dāng)流量QA 變小至Q1 時(shí)，如果油泵轉(zhuǎn)速不變，壓力會(huì)上升至B1，這樣使得提供的能量大于需要的能量，必然引起能量的浪費(fèi)。從這個(gè)角度出發(fā)，采用變頻器PID恒壓控制能很好的解決這個(gè)浪費(fèi)的問(wèn)題。

60、 圖3-26 油泵特性曲線(xiàn) PID控制，實(shí)際有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。 　　比例（P）控制 　　比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。 　　積分（I）控制 　　在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱(chēng)這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的，或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在

61、控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積 分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。 　　微分（D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用， 其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近

62、零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入 “比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能 夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在 調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。 采用PID控制后，當(dāng)上述情況發(fā)生時(shí)，壓力傳感器輸出壓力上升信號(hào)，經(jīng)變頻器內(nèi)置PID分析運(yùn)算后輸出轉(zhuǎn)速下降信號(hào)給調(diào)速電機(jī)的變頻控制器，調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速隨即從n0 降低至n1（B點(diǎn)），使管網(wǎng)壓力維持在HA；同理，當(dāng)流量變化至Q2

63、時(shí)，壓力升至C1 點(diǎn)而調(diào)速電機(jī)隨即降低轉(zhuǎn)速至n2（C 點(diǎn)），仍保持恒壓HA，從而實(shí)現(xiàn)了油泵自動(dòng)恒壓變流量供水．可見(jiàn)調(diào)速控制變載油泵具有顯著的節(jié)電效果．利用變頻器可以根據(jù)電機(jī)負(fù)載的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、平滑地增速或減速，基本保持異步電機(jī)固有特性轉(zhuǎn)差率小的特點(diǎn)，具有效率高、范圍寬、精度高且能無(wú)級(jí)變速的優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于油泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備是很適用的．實(shí)踐證明，使用變頻設(shè)備可使油泵運(yùn)行平均轉(zhuǎn)速比工頻轉(zhuǎn)速降低20%，從而大大降低能耗，節(jié)能率可達(dá)（20～40）%．同時(shí)，通過(guò)采用變頻器控制，可在不受任何限制的情況下都能起到好很好的節(jié)能效果。 根據(jù)主電機(jī)的型號(hào)Y2-180M-4,其電流為36.5A，所選用的變頻器的型號(hào)為F

64、R-F740-18.5k-CH。查閱資料，設(shè)定PID參數(shù)如下：PID比例值設(shè)為3；PID積分時(shí)間值設(shè)為1；P ID微分時(shí)間值設(shè)為0。變頻器與外界的連接口位置如下圖： 圖3-27變頻器控制連接端口 變頻器從PLC中得到信號(hào)來(lái)啟動(dòng)和停止主電機(jī)M1；壓力變送器發(fā)送來(lái)的信號(hào)輸入到變頻器進(jìn)行分析，采用PID恒壓控制，根據(jù)壓力變送器發(fā)來(lái)的信號(hào)，變頻器通過(guò)改變異步電機(jī)的電源頻率和電壓來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而滿(mǎn)足執(zhí)行元件速度的要求，起到節(jié)能作用。 3.8 油箱的設(shè)計(jì) 3.8.1油箱的概念 油箱是儲(chǔ)存液壓系統(tǒng)所需要的油液，以保證供給液壓系統(tǒng)充分的工作油液，同時(shí)還具有散熱、使?jié)B入油箱中的氣體逸出及使油

65、液中的污物沉淀等作用。 油箱可分為開(kāi)式和閉式兩種，開(kāi)式油箱中的油液液面與大氣相通，而閉式油箱中的油液液面則與大氣隔絕。為了防止空氣中的一些雜質(zhì)掉入油液中，本次設(shè)計(jì)的油箱采用的是閉式。 油箱不是標(biāo)準(zhǔn)件，要根據(jù)具體情況自行設(shè)計(jì)，油箱通常是用鋼板焊接而成，采用不銹鋼板最好，但成本較高，大多數(shù)情況下采用鍍鋅鋼板或普通鋼板內(nèi)涂防銹的耐油涂料。 油箱的總?cè)萘堪ㄓ鸵喝萘亢涂諝馊萘俊Ｓ鸵喝萘渴侵赣拖渲杏鸵鹤疃鄷r(shí)，即液面在液位計(jì)的上刻線(xiàn)時(shí)的油液體積。在最高液面以上要流出等于油液容量的10%15%的空氣容量，以便形成油液的自由表面，容納熱膨脹和泡沫，促進(jìn)空氣分離，容納停機(jī)或檢修時(shí)靠自重流回油箱的油液。

66、3.8.2油箱的選用 油箱容量的大小與液壓系統(tǒng)工作循環(huán)中的油液溫升、運(yùn)行中的液位變動(dòng)、調(diào)試與維修時(shí)向管路及執(zhí)行器注油、循環(huán)油量、液壓油液的壽命等因素有關(guān)。油箱容量可按經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，但為了可靠起見(jiàn)，在機(jī)構(gòu)能承受力的范圍之內(nèi)還是選用容量稍大一點(diǎn)的油箱。本次設(shè)計(jì)中油箱長(zhǎng)寬高分別為2000mm，1500mm，1000mm。 油箱的箱頂結(jié)構(gòu)取決于它上面安裝的元件。例如，如果液壓泵布置在油箱內(nèi)部液面以下，則箱頂應(yīng)為或應(yīng)有可拆卸的蓋。箱蓋及管子引出口之類(lèi)的所有開(kāi)口都要妥為密封。箱頂上安裝液壓泵組時(shí)，頂板的厚度應(yīng)為側(cè)板厚度的四倍，以免產(chǎn)生振動(dòng)。液壓泵組于箱頂之間應(yīng)設(shè)置隔振墊。為了便于布置和維修，有時(shí)采用裝在箱頂上的回油過(guò)濾器。本次設(shè)計(jì)的油箱就是采用在箱頂上安裝一定的元件，所以頂板的厚度要加強(qiáng)，還有箱頂上也裝有回油過(guò)濾器，便于布置和維修。 3.8.3油箱吊環(huán)的設(shè)計(jì) 為了便于油箱的搬運(yùn)，應(yīng)在油箱四角的箱壁上方焊接吊耳（也稱(chēng)耳環(huán)）。吊耳有圓柱形和鉤形兩種。本次設(shè)計(jì)采用的是鉤形焊接吊耳如下圖： 圖3-28 油箱吊環(huán)簡(jiǎn)化示意圖  第四章 總結(jié) 廢紙打包機(jī)是廢紙回收利